基于原子势与原子结构的碳纳米曲面的壳体理论-1.pptVIP

基于原子势与原子结构的碳纳米管壳体理论 吴坚 黄克智 清华大学航天航空学院固体力学研究所 黄永刚 美国西北大学土木与环境系、机械系Joseph Cummings教授 提 要 引言 原子势 基于原子势的石墨烯平板理论 基于原子势的碳纳米管线弹性壳体理论 碳纳米管能否等效为薄壳模型？ 基于原子势的碳纳米管有限变形壳体理论 碳纳米管的稳定性 结论 1．引言 纳米技术 在原子、分子及超分子水平下工作，在约1～100nm的尺度范围，旨在了解及创造材料、装置及系统，它们由于微小结构而具有本质上新的性质与功能。（美国国家纳米技术创新计划NNI） (1～100nm ＝ 十万分之一至千分之一头发丝直径) 微观 宏观 纳米马达（加州大学Zettl教授） 1．引言 1．引言 平板显示器 W. Choi of Samsung (Advanced Institute of Technologies) 2001 1．引言 1977－2003的政府投资（NSF统计） Note： U.S. begins FY in October, six months in advance of EU Japan (in March/April) 1．引言 纳米技术对社会的影响（NSF 2000年世界范围调查） 知识基础：更好地了解自然与生命 新技术与新产品：至2015年达到$(美金)十万亿／年 （三十个Motorola公司全年销售量！） 材料：$3400亿／年 电子：$3000亿／年 药物：$1800亿／年 化学制品（催化剂）：$1000亿／年 宇航：约$700亿／年 各种工具：～$220亿／年 2000年统计：催化剂，材料等约$400亿；增长25％／年 2002年统计：材料，药物，化学制剂约$1160亿 在世界范围将需要～2百万纳米技术人员 提高医疗水平：延长寿命，提高生活质量、健康水平 可持续发展：农业，食品，水，能量，材料，环境；例如：由于纳米技术，照明能量减低10％或$1000亿/年 1．引言 纳米结构材料 1．引言 纳米尺度的结构元件 1．引言 碳纳米科学 1．引言 碳纳米管结构 1．引言 碳纳米管弹性 1．引言 碳纳米管手性 1．引言 碳纳米管的电学性质 特有的电学性质 n – m = 0,3,6,9,… 导电的碳纳米管 能够承载特别大的电流密度 (1013 A/m2) (家用铜导线: 107 A/m2 ，一百万倍) 其它 有半导体特性的碳纳米管 能够像场效应晶体管那样电动地开、关 (~ 比现有的装置小500倍) 伊利诺依大学Baldin 诺贝尔奖（超导，晶体管） 潜在的应用: 基于纳米管的电子学 1．引言 CNT 表现出超级的机械与电学性能: 杨氏模量: 约为钢的6倍（刚度） 拉伸强度: 约为钢的100倍 密度: 约为钢的1/6（轻） 长细比: 1000 或更大 直径: 头发丝的 1/100 000 导电性: 可变化两个量级 1．引言 碳纳米管可能应用领域 1．引言 使用原子论对CNT力学性质的研究 经典的分子动力学模拟 (时间步长: 10-16 s)－物理学的方法 －使用Tersoff-Brenner势 (Robertson et al, 1992; Yakobson et al, 1996; Cornwell and Wille, 1997; Halicioglu, 1998) －使用其它的原子势 (Overney et al, 1993; Lu, 1997; Prylutskyy et al, 2000; Popov et al, 2000) 1．引言 分子动力学模拟 (Yakobson et al, 1996) 1．引言 碳的原子尺度有限元 1．引言 碳的原子尺度有限元 (AFEM) 多尺度计算 原子 ~ FEM 结点 原子尺度的精确性 稳定 1．引言 1．引言 连续介质方法研究碳纳米管 －将碳纳米管用弹簧、杆、梁、薄膜、板、壳等元件来构造。 这些方法都要借助于原子模拟的结果来拟合出相关的参数，